齿轮轴向滚轧成形材料流动机理与实验研究

发布时间：2020-07-10 18:26

【摘要】：齿轮轴向滚轧作为一种新型齿轮成形方法,既能克服切削加工存在的材料利用率低、轮齿疲劳寿命低等缺陷,又能避免挤压、锻造存在的脱模困难、模具寿命低等问题,能够满足齿轮高效、精密的生产要求。但国内外针对齿轮轴向滚轧的研究较少,材料流动机理尚不清楚,工艺参数选取缺乏科学依据,离工业化应用差距较大。为解决上述问题,本文基于滑移线场理论,对滚轧过程中塑变区材料流动规律进行了研究。利用有限元法深入探究工艺参数对材料流动的影响,并通过齿轮轴向滚轧实验对模拟结果进行验证。主要内容包括:(1)对成形过程中齿坯受力进行分析,用图解法建立塑性变形区的滑移线场。并根据滑移线场的速度场理论,对齿坯不同部位材料的流动趋势进行预测,得到不同成形阶段下齿坯塑变区内的材料流动状态。(2)基于有限元对齿坯材料流动过程进行数值模拟,针对有限元软件难以定义工件旋转的问题,提出了以轧轮公转代替齿坯自转的运动学等效模型,并通过坐标变换法验证其正确性。(3)通过分析各阶段中齿坯应变、节点流速等参数变化规律,得到成形轮齿特点。以齿坯应变、材料流速、有效齿高、突耳体积等指标为参照,基于控制变量法分析轴向进给速度、轧轮转速、轧轮与坯料间的摩擦系数对材料流动的影响规律。(4)利用自行搭建的齿轮滚轧实验平台对材料流动规律进行验证。为了清晰地展现材料流动过程,采用“网格法”追踪齿坯材料运动轨迹,并将变形后网格与有限元结果进行对比。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG61
【图文】：

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1.2.3 齿轮径向滚轧工艺齿轮径向滚轧成形是一种将锻造工艺与轧制成形相结合的加工工艺，成形原理如图1.1所示，轧轮以恒定的进给速度径向挤压齿坯，并与齿坯以满足展成运动的转速转动，齿坯材料发生塑性变形流入轧轮轮齿间隙形成轮齿[9]。目前齿轮径向滚轧的主要研究方向为：材料流动规律的研究、工艺方案的设计、缺陷成形机理的研究等。图 1.1 齿轮径向滚轧原理图Fig. 1.1 Schematic diagram of gear rolling process with radical infeed

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法[41-42]，原理如图1.2所示。与径向滚轧不同，齿轮轴向滚轧中轧轮切入端设有锥角且与齿坯的径向位置恒定，轧轮匀速转动的同时沿轴向进给。这种进给方式可保证传动比恒定，轧轮与齿坯形成精确地展成运动，成形轮齿的渐开线齿廓精度较高。图 1.2 齿轮轴向滚轧原理图Fig. 1. 2 Schematic diagram of gear rolling process with axial infeed齿轮轴向滚轧工艺根据轧轮个数的不同可分为单轧轮滚轧、双轧轮滚轧和三轧轮滚轧，如图1.3所示。图1.3（a）为单轧轮滚轧，齿坯安装在芯轴上，为使齿坯受力均匀，不致偏心，通常在芯轴另一侧设有光辊。图1.3（b）为双轧轮轧制，对称放置的两个轧轮能保证固定心轴受力平衡

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Fig. 1. 2 Schematic diagram of gear rolling process with axial infeed齿轮轴向滚轧工艺根据轧轮个数的不同可分为单轧轮滚轧、双轧轮滚轧和三轧轮滚轧，如图1.3所示。图1.3（a）为单轧轮滚轧，齿坯安装在芯轴上，为使齿坯受力均匀，不致偏心，通常在芯轴另一侧设有光辊。图1.3（b）为双轧轮轧制，对称放置的两个轧轮能保证固定心轴受力平衡，滚轧过程平稳，但对齿坯初始相位要求较高。图1.3（c）为三轧轮滚轧，该滚轧过程稳定性更高，但滚轧设备较复杂，适用于空心螺纹、花键类零件的加工[43]。为保证成形稳定性的同时简化滚轧过程，本课题选用双轧轮轴向滚轧作为研究对象。（a）（b）（c）图 1.3 不同滚轧方式示意图Fig. 1.3 Schematic diagram of different gear rolling

【参考文献】